TD-NMR水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质液体饱和度检测

土壤中的水分传输机制与土壤污染 水分进入土壤后，将立即渗透至水分不受约束的区域，如不受约束的有机质中，形成凝胶相，不受约束矿物颗粒（粘土）的微孔中，颗粒与颗粒之间的孔隙中（中孔、大孔/毛细孔中），这一过程很短。然而随着水分的进入，土壤的组分单元将与水分产生相互作用，如水分渗透进有机质与矿物颗粒的结合界面，从而阻断之间的氢键连接、离子键连接、共价键连接等，甚至还伴随着水解作用的产生，随着这些约束的破坏，其产物如分离出的有机质和矿物颗粒进一步吸水，从而极终达到水分传输分布的平衡状态，当如土壤失水干燥时，上述过程使可逆的，伴随着凝胶相失水坍塌、有机质与矿物质在界面作用下，重新分型聚集，封闭微孔等。这一微孔打开/封闭的过程，将极有可能使污染物在土壤中聚集，从而形成土壤污染。低场核磁设备一般采用永磁体，测试样品介于两磁极中心，通过激励与信号处理即可得到稳定。TD-NMR水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质液体饱和度检测

测井作为评价已钻探地层的经济方法，在测定孔隙度和流体饱和度方面已经取得了进步，但仍不能提供系统的渗透率估算。这就是为什么核磁共振技术在20世纪60年代引起石油工业的兴趣，当时研究人员发表的研究结果显示，核磁共振技术具有良好的渗透率相关性。然而，渗透率并不是这种新型脉冲回波核磁共振测井提供的***岩石物理效益。许多其他岩石物理参数——与矿物无关的总孔隙度;**于其他测井曲线的水、气、油饱和度;油的粘度——都是可以达到的。其他几个参数似乎也触手可及，从而确保这种新的均匀梯度核磁共振测井测量将被证明是迄今为止测井行业设计的**丰富的地层岩石物理单一来源。氢核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质孔径分布检测多孔介质中水分和气体的传输是研究的重要内容。

低场时域核磁共振用于土壤润湿性的检测 土壤润湿性（wettability）对土壤的性能参数之一，其表现为快速吸水，持水能力强。土壤的憎水性（repellency）是指土壤具有较差的润湿性，其表现为植物生长缓慢、表面多尘、因缺少图聚核而结构一致，这种现象增加了地下水污染的可能性。土壤憎水性的成因包括：自然发生的、因火灾或污染产生等。污染引起的土壤憎水性通常是由于土壤长期暴露在液相或气相的石油烃中。因此对于土壤润湿性的评价非常重要。 传统的评价方法包括乙醇滴定法（MED）和水分渗透时间法（WDPT），这两种方法虽然检测快速、易于操作，但也有着不可忽略的弊端。在MED法中：如果不忽略固-液分子相互作用性质的差异的情况，那么土壤/水/空气系统不能直接与土壤/乙醇水溶液/空气系统进行比较，且MED测试结果重复性较差。在WDPT法中：时间维度的选择过于随意，且无特定的物理意义。

低场核磁共振（ＬＦ－ＭＭＲ）通过Ｈ原子能量变化判断样品中水分子的自由度、分析不同种类水分的含量，是一种快速、有效、无损的测量技术。国内外学者利用低场核磁共振技术在食品水分检测、冻土未冻水、低渗透岩心孔隙分布等方面进行了大量研究。

根据拉莫定律，在给定磁场强度下，当外加射频频率与１Ｈ核共振频率相同时，１Ｈ才产生共振吸收。而１Ｈ核共振频率由分子组成与结构决定，即不同分子的１Ｈ具有不同的核磁共振频率，因此施加特定外加射频频率，测水中的Ｈ而不测其他物质中的Ｈ。１Ｈ低场核磁共振的弛豫时间长短与氢质子的存在状态及所处的物理化学环境有关，纵向弛豫Ｔ２越长，说明分子运动性越强，所受束缚力弱，反之，分子运动性弱，所受束缚力强。因此，利用Ｔ２值大小可以区别黏土的表面水化水、渗透水、自由水的类型。即采样总信号幅值与物质中水分子的氢质子数呈正比，各种类型水的质量比等于各自的核磁共振信号峰的面积比。利用联合迭代重建技术（ＳＩＲＴ算法）反演Ｔ２离散点，可得离散型与连续型相结合的Ｔ２积分谱，峰面积为该状态水分的信号幅值。 核磁共振是指静磁场中的自旋原子核在另一交变磁场中自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一频率的。

(1)对水稻田转化为设施菜地土壤质量的演变按研究侧重点不同大致分为3个方面：土壤物理性质、土壤化学性质和土壤生物学性质演变。在土壤物理性质的演变方面，对水稻田和种植年限分别为<5、5～10、>10a的温室菜地土壤耕层容重研究发现，水稻田土壤容重为1.35g/cm3，不同转化年限设施菜地的土壤容重分别为1.40、1.55、1.56g/cm3，在时间序列上呈现递增趋势。对天津不同种植年限蔬菜地研究发现，随着蔬菜种植年限的延长，土壤的容重变大，土壤结构性变差，土壤饱和含水量、田间持水量、有效水含量及萎蔫含水量均呈现不同程度的下降，土壤水分的吸持性能和供释能力变差。土壤和岩芯的物理和化学性质影响多孔介质的性能。磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质分析系统

水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可研究水泥基材料的微观结构、裂缝变化。TD-NMR水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质液体饱和度检测

(1) 为了解水稻土转变为设施蔬菜地后土壤水分的相态变化，该研究在田间土壤调查的基础上，结合低场核磁测氢 技术，评价了田间状态的水稻土和不同转化年限设施蔬菜地土壤水分的相态分布情况。结果表明：随着转化时间的延长， 耕层土壤大孔隙吸持的自由水比重下降，土壤小孔隙吸持的束缚水比重上升，犁底层土壤水分的相态分布却无明显变化， 土壤水分吸持性能在转化时间序列上呈现下降的趋势，但长期施用有机肥可以优化耕层质量，提升土壤大孔隙吸持自由水的能力，改善土壤水分供释性能；水稻土转化为设施蔬菜地土壤 2 a 后，出现新犁底层，使得原有的耕层土壤变薄，土 壤水分吸持性能下降。核磁共振作为一种新的技术手段，可以实现实时、快速、准确地检测土壤水分的相态变化，可为 设施农业的可持续管理提供新的技术支持。TD-NMR水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质液体饱和度检测